Взаимодействие клина с почвой

1. Разновидности клина.

Взаимосвязь углов в трехгранном клине.

Деформация почвы под воздействием клина.

Разрушение почвы клином согласно теории В.П. Горячкина.

Сопротивление почвы действию клина.

Разновидности клина.

Рабочие органы почвообрабатывающих машин имеют форму клина. Такая особенность применения геометрического клина объясняется простотой его геометрической фигуры и разрушением почвы с использованием клина.

К примеру, всякую криволинейную поверхность можно разделить на ряд бесконечно малых плоских элементов, составляющих клин.

Ребра клина представляют собой ряд прямых линий – наикратчайшее расстояние между двумя точками на плоскости. Грани (плоскости) клина, соприкасающиеся с разрушаемым материалом называются рабочими. По числу рабочих граней клинья бывают одно-, двух-, и трехгранными.

В одногранном клине (рис. 3) рабочей гранью является плоскость АВ, установленная под углом α к горизонту. Другая плоскость АС – нерабочая и действия на почву не оказывает. Примером одногранных клиньев могут быть остро заточенные диски борон и лущильников. Однако в процессе износа дисков образуется опорная поверхность и одногранный клин превращается в двугранный, то есть одногранный клин ‑ это теоретическое понятие.

Рисунок 3 – Схема простого одногранного клина.

У двугранного клина (рис. 4) имеется две грани АВ и АС, которые установлены под углом α. В этом случае грань АВ является рабочей и деформирует почву, а грань АС является опорной плоскостью клина и лишь сминает ее. Двугранными клиньями могут служить зубья борон и рыхлительные лапы культиваторов.

Рисунок 4 – Двугранный клин.

Трехгранный клин представляет собой тетраэдр АВСD (рис. 5). В общем виде он имеет три рабочие грани АВС, АВD и АСD, установленные под тремя углами α, β и γ . Рассмотрим значение каждого угла представив трехгранный клин как совокупность простых клиньев.

Рисунок 5 – Трехгранный клин.

Рисунок 6 – Схема действия двугранных клиньев с углами:

а) крошения α; б) оборота β; в) сдвига γ.

У клина с углом крошения α (рис. 6а) ребро АС установлено перпендикулярно направлению движения, оно подрезает пласт почвы в горизонтальной плоскости, а рабочая грань поднимает его на себя. Пласт почвы изгибается и при недостаточной связности крошится. С увеличением угла α увеличивается изгиб и степень крошения пласта.

У клина с углом оборота β (рис. 6б) нижнее ребро СD совпадает с направлением движения, его рабочая плоскость наклоняет пласт в направлении, перпендикулярном движению, что способствует оборачиванию пласта. Увеличение угла β приводит к большему повороту пласта в поперечно-вертикальной плоскости.

У клина с углом сдвига γ (рис. 6в)ребро АВ перпендикулярно горизонтальной плоскости. Пласт почвы под воздействием рабочей плоскости этого клина сдвигается в сторону. Угол γ оказывает в горизонтальной плоскости такое же воздействие на пласт, как и угол α в вертикальной плоскости. Следовательно, совместное воздействие двух клиньев с углами α и γ способствует разрушению пласта в двух разных плоскостях.

Таким образом, в зависимости от положения рабочей грани простого клина по отношению к горизонтальной плоскости и направлению движения получаем различное действие клина на почву, в результате чего пласт подрезается, поворачивается или сдвигается в сторону.

Академик Горячкин В.П. показал, что существует такой клин, который один выполняет все перечисленные операции. Это косой трехгранный клин ABСD (рис. 7). Он снабжен одной рабочей гранью ABC и двумя опорными гранями ABD и ADC. Косой трехгранный клин характеризуется теми же углами α, β и γ , следовательно, один обладает технологическими свойствами всех трех простых клиньев в совокупности. Примером косых трехгранных клиньев служат корпуса лемешных плугов, а прямых трехгранных – стрельчатые лапы культиваторов.

Рисунок 7 – Трехгранный клин.

2. Взаимосвязь углов в трехгранном клине. Характер деформации почвы зависит как от установки рабочей грани клина к горизонтальной и вертикальной плоскостям, так и от физико-механических свойств почвы.

Для изучения взаимосвязи углов рассмотрим трехгранный клин ABСD (рис. 7) и определим тангенсы его углов:

Умножив и разделив значение tgα на DС получим:

Этот простой вывод позволяет констатировать тот факт, что все углы в трехгранном клине взаимосвязаны и изменение одного из них ведет к изменению других. При проектировании поверхностей, особенно лемешно-отвальных, часто вместо угла β переходят к углу ε , наклона плоскости к горизонтальной поверхности (лемеха к дну борозды). Этот переход обоснован тем, что угол β может быть измерен и определен только при фактическом выполнении работ при вспашке. Для определения угла ε и его связи с другими углами проводят некоторые элементарные построения (рис. 8).

Рисунок 8 – Определение угла ε.

Определим тангенс угла ε :

Учитывая, что аналогично умножим и разделим значение tgα на BD Cosγ получим:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒